大獐小流域水土流失现状及动态变化分析

程 磊

（绥中县水利事务服务中心，辽宁 葫芦岛 125200）

1 研究区概况

大獐小流域位于辽宁省绥中县东部，介于E120°5′17″～120°11′50″、N40°19′51″～40°24′57″之间，总面积25.18km2，海拔高程285～45m。气候类型为半干旱、半湿润大陆性季风气候，年均降水量620.8mm，多集中在7-9月，属低植被土石质丘陵中度侵蚀区。流域内地面坡度组成为：＜ 5°、5°～8°、8°～15°、15°～25°面积依次为548.85hm2、1040.15hm2、764.28hm2、165.08hm2，占总面积的21.79%、41.30%、30.35%、6.56%。

小流域总土地面积2518.36hm2，其中耕地1389.43hm2（坡耕地1321.70hm2，占总耕地的95.13%），荒地39.55hm2，城镇居民及工矿用地272.54hm2，道路7.96hm2，果园366.07hm2，林地65.04hm2，疏 林 地330.05hm2，草 地4.12hm2，设施农用地3.96hm2，水域39.64hm2。流域内坡耕地面积1321.70hm2，占总耕地的95.13%，这使得粮食产量低而不稳，疏林地占比13.11%，荒山占比1.57%，植被覆盖度较低，极易导致水土流失[1-2]。另外，流域内农、林、果用地比例为1 : 0.55 : 0.26，果园较少而耕地面积较大，存在较多疏林地，加之流域内存在未治理荒山，导致土地产出能力整体偏低，对农村经济发展造成制约。因此，必须科学分析水土流失现状及动态变化特征，为进一步加快治理速度，有效控制土壤侵蚀，真正实现粮丰民富、山川秀美的整治目标提供可靠保障[3-4]。

2 研究方法

2.1 数据来源

采用高分辨率无人机航拍影像(分辨率0.5m)、最新卫星影像（91 位图助手下载）和1 : 10000 地形图进行对比分析，通过校准、比对实地GPS 定位，详细了解流域土地利用现状及地形地貌。依据航拍影像或卫星影像，结合流域内的地形地貌对土地利用现状进行解译及图斑划分，按照地面坡度、坡向及地貌类型等合理划分流域内的图斑。采样时间为2018 年、2021 年植被覆盖情况较好的7 月，从而更好地解译水保措施和土地利用信息。

2.2 研究方法

以绥中县大獐小流域为例，综合利用统计分析、模型计算、野外调查和遥感监测等方法，通过提取水土流失因子和计算土壤侵蚀模数分析小流域2018-2021 年水土流失现状及动态变化特征，为流域土壤侵蚀的有效防控提供决策依据。土壤侵蚀模数A 利用中国土壤流失方程(CSLE)进行计算，表达形式如下：

式中：R、K为降雨侵蚀力和土壤可蚀性因子；L、S为坡长和坡度因子；B、E、T为植被覆盖与生物措施、工程措施和耕作措施因子，各因子数据分辨率均为10m。

2.3 数据处理

1）遥感影像预处理。对收集到的卫星遥感影像进行正射矫正、大气矫正和辐射矫正，通过影像裁剪、镶嵌、融合、重采样、增强等预处理过程获取小流域2018 年和2021 年遥感影像（空间分辨率2m），并对2018-2021 年MODIS 归一化植被指数(NDVI)产品进行最大值合成、空值去除与确认、投影转换等处理。

2）因子计算。①降雨侵蚀力因子R：根据降雨侵蚀力公式和流域逐日降雨量数据计算雨量站年降雨侵蚀力，然后用克里金空间插值算法在Arc GIS 系统中生成R因子格栅数据；②土壤可蚀性因子K：依据现场调查采样数据和大獐小流域土壤类型，采用土壤可蚀性因子计算公式，经重采样处理生成K 因子格栅数据；③坡长与坡度因子LS：采用北京师范大学开发的计算系统和收集的1:5 万数字高程模型(DEM)获取小流域坡长、坡度因子，经重采样生成LS因子格栅数据；④植被覆盖与生物措施因子B：以土地利用类型数据、降雨侵蚀力因子比例和MODIS 归一化植被指数(NDVI)产品为依托，计算流域内的植被覆盖度及植被覆盖与生物措施因子值，经重采样生成B因子格栅数据；⑤工程措施因子E：基于水土保持工程措施因子赋值表和卫星遥感影像获取的流域内水保措施确定该因子值，经重采样生成E因子格栅数据；⑥耕作措施因子T：通过查询“轮作区代码”字段赋值表确定耕作措施因子值，经重采样生成T因子格栅数据。

3）土壤侵蚀模数计算与图斑落地。将中国土壤流失方程（CSLE）中的7 个因子利用Arc GIS 空间分析平台进行格栅图层乘积运算，并按照《土壤侵蚀分类分级标准》确定以格栅为单元的土壤侵蚀模数及其侵蚀强度，统计分析大獐小流域2018 年、2021 年土壤侵蚀状况。另外，考虑到CSLE 方程是以像元为计算单元，同一地块可能存在不同的侵蚀类型，在实际应用时受到一定限制。因此，采用土壤侵蚀地块的高强度侵蚀结构指数和平均土壤侵蚀模数综合判定地块单元的侵蚀程度，以矢量形式获取概化后的图斑研究成果。

3 结果与分析

3.1 水土流失现状

将以上提取的7 个因子值利用Arc GIS 空间分析功能进行叠加相乘、小图斑祛除、图斑落地等处理，从而确定绥中县大獐小流域2018 年、2021 年的水土流失数据，如表1 所示。

表1 大獐小流域2018-2021 年水土流失现状及动态变化数据

从表1 可以看出，2018 年大獐小流域土壤侵蚀主要包括生产建设、坡耕地等所造成的人为侵蚀和自然侵蚀，侵蚀面积依次为60.34hm2、173.96hm2、1905.43hm2，占总侵蚀面积的2.82%、8.13%和89.05%。具体而言，生产建设和坡耕地是导致人为侵蚀的主要来源，在各个侵蚀强度上生产建设以轻度为主，而坡耕地则近似均匀地分布于各个强度，坡耕地侵蚀集中分布于水源条件较好的东部、南部地区，而当地的建设开发比较分散。

2021 年大獐小流域土壤侵蚀总面积639.73hm2，占流域面积比25.40%，其中生产建设、坡耕地等所造成的人为侵蚀和自然侵蚀面积依次为29.56hm2、27.38hm2、582.73hm2，其占流域面积比1.17%、1.09%和23.14%，占侵蚀面积比4.62%、4.28%和91.09%。具体而言，生产建设和坡耕地所造成的轻度侵蚀面积依次为0.78hm2、0.71hm2，占生产建设和坡耕地总侵蚀面积的66.67%和65.14%，说明人为侵蚀主要是轻度侵蚀；自然侵蚀所造成的轻度侵蚀面积为435.34hm2，占自然总侵蚀面积的74.71%，零星分布在西北部，集中分布于南部、东部的山地丘陵区。2021 年坡耕地侵蚀面积相比于2018 年明显减少，减小146.58hm2，侵蚀强度也大幅下降，剧烈、极强烈、强烈、中度和轻度侵蚀面积均出现不同程度的减少，侵蚀面积依次 减 少22.68hm2、41.21hm2、33.43hm2、27.52hm2和21.68hm2，现阶段的坡耕地侵蚀大都集中在沿河两岸；2021 年生产建设侵蚀面积相较于2018 年也有所减少，但变化幅度相对较小，现阶段的生产建设侵蚀面积集中位于人类活动密集的平原区。

3.2 水土流失动态变化

从侵蚀面积上，大獐小流域2021 年土壤侵蚀面积较2018 年减小1500.00hm2，减小比例达到59.57%。从侵蚀类型上，降幅最大的自然侵蚀，降幅达到52.52%，其中轻度、中度、强烈侵蚀降幅依次为44.31%、5.14%、2.93%，这表明流域内自然侵蚀得到明显改善，土壤侵蚀得到有效控制，极强烈侵蚀面积也有所减少；2021 年流域内坡耕地侵蚀面积较2018 年减少比例为5.82%，其中剧烈、极强烈、强烈、中度和轻度侵蚀面积依次减少0.90%、1.64%、1.33%、1.09%、0.86%，经过3 年治理流域内坡耕地土壤侵蚀得到有效控制，水土流失治理成效显著。从图斑上，坡耕地和自然侵蚀面积明显减小，但各强度水土流失依然零星分布在东部、南部地区，应作为大獐小流域土壤侵蚀重点治理区。

2018-2021 年大獐小流域实施了一系列水土保持、坡耕地治理和退耕还林草等项目，并取得了显著的治理成效，有效控制了土壤侵蚀程度及范围。然而，因水土流失分布范围较广，为进一步改善流域内生态环境应实施差别化防治策略。对坡耕地采取果树梯田、保土耕作等工程措施，调节地表径流，减少土壤侵蚀，对5°~15°之间无法修建梯田的坡耕地基本沿等高线方向进行耕作，以拦蓄部分降雨，通过垄向间隔设置横向拦水埂的方法提高蓄水保土能力，减少水土流失；对荒山采取鱼鳞坑等措施改善立地条件，为恢复生态创造条件主要采用的整地方式为水保林（鱼鳞坑），整地规格为（3×4）：长径1.0m，短径0.6m，坑深0.6m；对于疏林地采取封育治理措施，以提高林草覆盖率；对老果园进行改造，以起到保持水土，增加果品产量的作用。

4 结 论

文章利用地理信息系统、卫星遥感影像、中国土壤流失方程（CSLE）计算分析了2018 年和2021年大獐小流域土壤侵蚀状况，主要结论如下：

1）2018 年、2021 年大獐小流域土壤侵蚀总面积为2139.73hm2和639.73hm2，占总面积的84.97%和25.40%，水土流失以自然侵蚀为主，以生产建设和坡耕地人为侵蚀为辅。

大獐小流域2021 年土壤侵蚀面积较2018 年减小1500.00hm2，减小比例达到59.57%。其中，生产建设、坡耕地人为侵蚀和自然侵蚀面积依次减少30.78hm2、146.58hm2、1322.7hm2，所占比例依次为2.05%、9.77%、88.18%，东部和南部的土石丘陵带侵蚀面积明显减少，但依然存在零星的坡耕地侵蚀以及大片自然侵蚀，特别是要加强该区域的水土流失治理。